JP5919775B2 - 液滴吐出ヘッド及び記録装置 - Google Patents

Description

本発明は液滴吐出ヘッド及び記録装置に関し、詳しくは、低粘度のインクを使用しても、隣接するインク流路のクロストークの影響によるインクの溢れを起こすことがなく、安定吐出を可能とした液滴吐出ヘッド及びこれを搭載した記録装置に関する。

ノズルからインクを吐出する液滴吐出ヘッドとしては、多数のインク流路と多数の隔壁とが交互に並設され、隣接するインク流路間の隔壁が、該隔壁表面に形成された電極に与えられる印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータによって構成され、隔壁の変形動作によってインク流路内のインクをノズルから吐出するシアモード（Shear mode）型の液滴吐出ヘッドが知られている。

図１に、シアモード型の液滴吐出ヘッドの一例を示す。（ａ）は概観斜視図、（ｂ）は断面図である。

同図に示す液滴吐出ヘッド１において、１１はインクチューブ、１２はノズル形成部材、１３はノズル、１４は上部基板、１５はインク供給口、１６は下部基板、１７は隔壁である。そして、インク流路１８が隔壁１７、上部基板１４及び下部基板１６によって形成されている。

各隔壁１７は、分極方向を互いに反対方向としたＰＺＴ等の圧電材料からなる上壁部１７ａと下壁部１７ｂによって形成されているが、圧電材料は例えば符号１７ａの部分のみであってもよく、隔壁１７の少なくとも一部にあればよい。隔壁１７はインク流路１８と交互に並設されることによって、一つの隔壁１７をその両隣のインク流路１８、１８で共用している。各インク流路１８の一端は、ノズル形成部材１２において各インク流路１８に対応する位置に開設されたノズル１３につながり、他端はインク供給口１５を経て、インクチューブ１１によって不図示のインクタンクにつながっている。

インク流路１８内に臨む隔壁１７の表面には、不図示の電極が形成されており、この電極に所定の駆動電圧を印加することによって隔壁１７をくの字状に変形動作させ、インクチューブ１１を介してインク流路１８内に供給されたインクに吐出のための圧力を与え、該インク流路１８内のインクをノズル１３から液滴として吐出する。

図２は、この液滴吐出ヘッド１のインク吐出時の動作を示す図である。ここでは、多数の隔壁１７及び多数のインク流路１８のうち、隔壁１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄで隔てられた３つのインク流路１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを示している。各インク流路１８内の隔壁１７表面には電極１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃが形成され、各電極１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃは、隔壁１７を駆動してインク流路１８内のインクを吐出するための駆動信号を供給する駆動信号発生部１００に接続している。

まず、電極１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃのいずれにも駆動信号が印加されない時は、隔壁１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃのいずれも変形しない（図２（ａ））。この状態において、電極１９Ａ及び１９Ｃを接地すると共に電極１９Ｂに駆動信号を印加すると、隔壁１７Ｂ、１７Ｃを構成する圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、各隔壁１７Ｂ、１７Ｃ共に、それぞれ上壁部１７ａと下壁部１７ｂの接合面にズリ変形を生じ、隔壁１７Ｂ、１７Ｃは互いに外側に向けて変形し、インク流路１８Ｂの容積を拡大して該インク流路１８Ｂ内に負の圧力が生じてインクが流れ込む（図２（ｂ））。

更に、この状態から電位を０に戻すと、隔壁１７Ｂ、１７Ｃは図２（ｂ）に示す膨張位置から図２（ａ）に示す中立位置に戻り、インク流路１８Ｂ内のインクに高い圧力が掛かる。

次いで、隔壁１７Ｂ、１７Ｃを互いに逆方向に変形するように駆動信号を印加して、インク流路１８Ｂの容積を縮小すると、該インク流路１８Ｂ内に正の圧力が生じる（図２（ｃ））。

これによりインク流路１８Ｂを満たしているインクの一部によるノズル内のメニスカスがノズルから押し出される方向に押し出されて移動し、ノズル外へ突出してインクの液柱を形成する。その後、この状態（図２（ｃ））を所定期間保つ間にインク流路１８Ｂ内の正圧はやがて反転して負圧になるが、この圧力が正圧から負圧へ変化する過程でメニスカスをインク流路１８Ｂ内へ引き戻そうとする力が働いて、インクの液柱をノズルの近傍で引きちぎり、押し出されたインクは液滴となって吐出され飛翔する。ここでインク流路１８Ｂ内の圧力が負圧となった後、再び反転して正圧へ変化しようとするタイミングで再び隔壁１７Ｂ、１７Ｃを図２（ａ）に示す中立位置に戻すと、インク流路１８Ｂ内のインクに負の圧力を印加することとなり、先に述べたような反転によって負圧から正圧へ変化しようとするインク流路１８Ｂ内のインクの圧力をキャンセルして、メニスカスを制動してメニスカスの残響圧力による振動を抑制する。

このように少なくとも一部が圧電材料で構成された隔壁１７によって隔てられた複数のインク流路１８を有する液滴吐出ヘッド１を駆動する場合、一つのインク流路の隔壁が吐出動作をすると、隣のインク流路が隔壁の動作の影響を受けるため、通常、複数のインク流路１８のうち、互いに１本以上のインク流路１８を挟んで離れているインク流路１８をまとめて１つの組となすようにして、複数のインク流路を２つ以上の組に分割し、各組毎に液滴吐出動作を時分割で順次行うように駆動制御される。例えば、全インク流路１８を駆動してベタ画像を出力する場合には、インク流路１８を２インク流路おきに選んで３相に分けて吐出する、いわゆる３サイクル駆動が行われる。

この３サイクル駆動の動作について図３を用いて更に説明する。図３に示す例では、液滴吐出ヘッドはインク流路がＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３の９つのインク流路１８で構成されているとして説明する。また、このときのＡ、Ｂ、Ｃの各組のインク流路１８に印加されるパルス波形のタイミングチャートを図４に示す。

液滴の吐出時には、まずＡ組（Ａ１、Ａ２、Ａ３）の各インク流路の電極に電圧を掛け、その両隣のインク流路の電極を接地する。例えばＡ組のインク流路に１ＡＬ幅の正電圧＋Ｖonの矩形波からなる駆動信号を掛けると、吐出したいＡ組のインク流路の隔壁が外側に変形し、そのインク流路１８内に負圧が発生する。この負圧により、インクタンクからＡ組のインク流路１８にインクが流れ込む（Draw）。

この状態を１ＡＬ間保つと、圧力が正圧に反転するので、このタイミングで電極を接地すると、隔壁の変形が元に戻り、高い圧力がＡ組のインク流路１８内のインクに掛かる（Release）。更に、同じタイミングでＡ組の各インク流路の電極に負電圧−Ｖoffの矩形波を掛けると、隔壁が内側に変形し、更に高い圧力がインクに掛かり（Reinforce）、ノズルからインク柱が押し出される。１ＡＬ後、圧力が反転してインク流路１８内が負圧になり、更に１ＡＬ経過すると、インク流路１８内の圧力が反転して正圧になるので、このタイミング（２ＡＬ経過後）で電極を接地すると、隔壁の変形が元に戻り、残留する圧力波をキャンセルできる。

ここで、この駆動信号の電圧は、｜Ｖon｜≧｜Ｖoff｜である。

続いてＢ組（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）の各インク流路１８、更に続いてＣ組（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）の各インク流路１８へと上記同様に動作する。

なお、ＡＬ（Acoustic Length）とは、インク流路の音響的共振周期の１／２である。このＡＬは、電気・機械変換手段である隔壁に矩形波の電圧パルスを印加して吐出する液滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、液滴の飛翔速度が最大になるパルス幅として求められる。また、パルスとは、一定電圧波高値の矩形波であり、０Ｖを０％、波高値電圧を１００％とした場合に、パルス幅とは、電圧の０Ｖからの立ち上がり１０％と波高値電圧からの立ち下がり１０％との間の時間として定義する。更に、ここで矩形波とは、電圧の１０％と９０％との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもがＡＬの１／２以内、好ましくは１／４以内であるような波形を指す。

ところで、インクを吐出するために掛けた圧力は、インクを吐出した後もインク流路内に残留して振動するため、ノズル内のインク圧力が変動してメニスカスが振動する。このときの圧力変動によりノズル内のインクに正圧が掛かると、メニスカスがノズルから突出する方向に移動する。ノズルから突出したメニスカスは、正圧が反転した次の負圧でノズル内に引き込まれるということが起こる。この振動は数回繰り返され、次第にメニスカスの動きは減衰して収まり、次の吐出が可能となる。

しかし、特にインクを連続して吐出すると、メニスカスが大きく飛び出しすぎる場合がある。このようなメニスカスの飛び出しは、インクが高粘度の場合は問題とはならないが、低粘度のインク、特に６ｃｐ未満の低粘度のインクを使用した場合、メニスカスの振動によってノズルから大きく突出してインクが溢れ出し、結果として吐出が不安定になることがあった。

本発明者は、このようなシアモード型の液滴吐出ヘッドにおけるメニスカスの突出によるインクの溢れ出しと吐出の不安定さの原因について鋭意解析した結果、２つの原因があることを突き止めた。

第１に、低粘度のインクを吐出するには粘性抵抗が不十分であり、従来の技術ではインクの溢れ出しを十分に抑止することができないことである。粘性抵抗はインクの粘度と流路の断面積の二乗の逆数に比例するので、粘度が半分になると粘性抵抗は半分になってしまう。このため、吐出時のメニスカス振動は大きくなり、メニスカスがノズルから大きく突出してインクが溢れ出してしまう。

第２に、シアモード型の液滴吐出ヘッドでは、通常、１つの隔壁を挟んで隣接する２つのインク流路を同時に駆動させることはできないが、例えば上述したように３サイクル駆動を行うと、隣接するインク流路を連続的に駆動させることになる。そのため、例えば図２の例では、インク流路１８Ｂが吐出のために駆動すると、そのときの隔壁１７Ｂ、１７Ｃの動きは隣のインク流路１８Ａ、１８Ｃと連動しているために、クロストークが発生することによって、インク流路１８Ｂを駆動するだけで隣のインク流路１８Ａ、１８Ｃにも半分の振動が伝わり、これらインク流路１８Ａ、１８Ｃのノズルにもメニスカスの振動が発生する。この隣接するインク流路を連続的に駆動させていく程、これらのメニスカス振動がヘッド全体に伝播し、畳み重なった複雑な圧力波を発生させる。そして、この複雑な圧力波が加味される結果、隣接するインク流路の連続的な駆動の有無でインク流路内に掛かる圧力が変動して速度が変化して吐出が不安定になってしまう。

メニスカスの突出によるインクの溢れ出しを抑制するためには、粘性抵抗を大きくすればよいと考えられる。粘性抵抗を上げるには、次式に示す流路の運動方程式からすると断面積を小さくすればよい。しかし、単に断面積を小さくすると、吐出できる液滴量もほぼ比例して小さくなってしまい、液滴吐出ヘッドとして適切な設計ではない。

本発明者は、上記式における粘性抵抗の形状係数に着目し鋭意検討した結果、断面矩形状のインク流路構造について、その断面形状における隔壁表面と平行な深さ方向を縦、この深さ方向と直交する隔壁の並設方向を横としたとき、縦を高くして縦÷横から算出される縦横比を大きくして歪にしていくと、断面積の絶対値をそれほど小さくしなくても粘性抵抗を大きくできることを発見した。すなわち、液滴量を犠牲にして小さくしなくても粘性抵抗を大きくでき、低粘度インクでもインクの溢れ出しを抑制できて安定な吐出が可能な液滴吐出ヘッドとすることができることを見出した。

これは次のような理由が考えられる。すなわち、インクの粘度は、実際の吐出時の高せん断領域では、静的な粘度よりも低下するという、シェアレート依存性を持つことが知られている。シアモード型の液滴吐出ヘッドでは、インクと接し、且つ実際に高速で振動するインク流路内の高せん断領域は、圧電材料を含む隔壁部分であり、そのため、この隔壁部分が、非せん断領域にあたる天井壁及び底面壁部分よりも粘性抵抗に大きく影響を及ぼすためであると考えられる。つまり、インク流路の断面形状において、隔壁部分の効果が単に断面積を小さくする効果以上に影響することを見出した。

一方で、このインク流路の断面形状における縦横比について鋭意検討したところ、粘性抵抗＋αの効果を得ようとすると弊害が見られることがわかった。それは、上述のように縦横比を大きくすると、液滴量を犠牲にしなくても粘性抵抗を大きくできる効果が得られるものの、それだけでは、隣接するインク流路間のクロストークが非常に大きくなってしまい、そのままでは実用に耐えないことである。

これは、隔壁の厚さを変えずに縦横比を大きくする程、すなわち隔壁を高くする程、インク流路の構造が柔らかくなってしまうため、一次共鳴が起り、圧力変動が大きくなりすぎることが原因であると考えられる。本発明者が鋭意検討したところ、このような問題は、隔壁が硬さを持つこと、具体的には隔壁の共振周波数がある一定値以上となる硬さを持つことによって軽減できることを突き止め、本発明に至った。

従来、このような低粘度インクを使用した際のインクの溢れ出しの問題解決のために、インク流路構造の縦横比や隔壁に必要とされる硬さの特性に着目した技術はなかった。

例えば、特許文献１は、図９に示すように、インク流路となるインク流路を、ノズル５０５を有する発射インク流路５０１とノズル５０５を有しない非発射インク流路５０２とで構成し、これらをインク流路の長さ方向及び列方向に直交するインク吐出方向に交互にずらして配置することにより、発射インク流路５０１を、不作動側壁５０３を有する幅広のインク流路域５０１ａと、作動側壁５０４を有する幅狭のインク流路域５０１ｂとからなる断面Ｔ字型に形成することにより、隣接するインク流路間のクロストークの影響を低減することを開示している。

ここには、作動側壁５０４を有する幅狭のインク流路域５０１ｂについて、縦横比を約５以上とすることが記載されているが、隔壁である作動側壁５０４の硬さについては何ら記載されておらず、低粘度インクを使用した場合のメニスカスの突出によるインクの溢れ出しを抑制することの開示はない。

実際、本発明者が確認したところによると、不作動側壁５０３に挟まれるインク流路域５０１ａの断面形状は横幅が広すぎて粘性抵抗が小さすぎ、６ｃｐ未満となる低粘度インクを使用した場合、インクの溢れ出しが発生してしまって使用に耐えなかった。しかも、構造が複雑となるためコスト高となり、到底実用に供し得ないものであった。

また、特許文献２には、液滴吐出ヘッドを構成する隔壁の共振周波数について記載されている。しかし、この技術は、隔壁のインピーダンスを測定し、インピーダンスが最小で共鳴の生じる周波数を決定することにより、当該部品のテストを行うというものであり、隔壁が有する共振周波数に着目してクロストークを低減すること、更には、メニスカスの突出によるインクの溢れ出しを低減することについては全く言及されておらず、問題解決には至らなかった。

更に、特許文献３には、液滴吐出ヘッドを構成する隔壁の縦横比及び共振周波数について記載されている。しかし、この技術は、例えば隔壁を接着する接着剤層の厚みのばらつき等の製造プロセスに起因する剛性のばらつきによってインクの加圧性能が不均一になるという問題を、隔壁のヤング率、隔壁の縦横比を規定すると共に、隔壁の共振周波数、圧電セラミックスの密度、圧電セラミックスのヤング率が所定の関係を満たすものとすることによって改善し、全隔壁の剛性を吐出に適した範囲で揃えて吐出性能を均質化するというものであり、インク流路構造の縦横比及び隔壁の共振周波数の規定によって、低粘度インクを使用した際のクロストークを低減し、インクの溢れ出しを低減することについては全く言及されておらず、やはり問題解決には至らなかった。

特表２００９−５００２０９号公報 特許第２６３２０６１号公報 特開２００３−２４６０６４号公報

本発明は、多数のインク流路と多数の隔壁とが交互に並設され、隣接するインク流路間の隔壁の変形動作によってインク流路内のインクをノズルから吐出するシアモード型の液滴吐出ヘッドにおいて、インク流路の構造と隔壁の共振周波数を規定することで、低粘度のインクを使用しても、クロストークによる速度変動を抑制できると共に、ノズルからのインクの溢れ出しを低減でき、安定な吐出を行うことができる液滴吐出ヘッド及びこれを用いた記録装置を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

請求項１記載の発明は、インクが供給される多数のインク流路と多数の隔壁とが交互に並設され、隣接する前記インク流路間の前記隔壁が、該隔壁表面に形成された電極に与えられる印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータによって構成され、前記隔壁の変形動作によって前記インク流路内の前記インクを該インク流路と連通するノズルから吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、
前記インク流路は、前記隔壁の並設方向の断面形状が矩形状に形成されると共に、前記隔壁表面と平行な深さ方向を縦、該深さ方向と直交する前記隔壁の並設方向を横としたとき、該矩形状に形成されたインク流路の断面形状における縦横比（縦／横）が５．００以上７．７５未満であり、
前記隔壁の共振周波数が１．５ＭＨｚ以上であることを特徴とする液滴吐出ヘッドである。

請求項２記載の発明は、前記インク流路の縦横比が６．００以上７．００以下であることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドである。

請求項３記載の発明は、前記インク流路は、両隣りの前記隔壁間の横幅が４０μｍ以上６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッドである。

請求項４記載の発明は、前記インク流路内に臨む前記隔壁の前記電極表面に、有機体からなる絶縁性の保護膜が被覆形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の液滴吐出ヘッドである。

請求項５記載の発明は、前記保護膜は、ポリパラキシリレン又はその誘導体からなる膜であることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッドである。

請求項６記載の発明は、 前記インクの粘度が６ｃｐ未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドである。
請求項７記載の発明は、 請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備え、前記ノズルから吐出されるインクを被記録材に着弾させることによって記録を行うことを特徴とする記録装置である。

本発明によれば、多数のインク流路と多数の隔壁とが交互に並設され、隣接するインク流路間の隔壁の変形動作によってインク流路内のインクをノズルから吐出するシアモード型の液滴吐出ヘッドにおいて低粘度のインク（例えば、粘度６ｃｐ未満のインク）を使用しても、クロストークによる速度変動を抑制できると共に、ノズルからのインクの溢れ出しを低減でき、安定な吐出を行うことができる液滴吐出ヘッド及び記録装置を提供することができる。

（ａ）はシアモード型の液滴吐出ヘッドの一例を示す概観斜視図、（ｂ）は断面図 図１に示す液滴吐出ヘッドのインク吐出時の作動を示す図 図１に示す液滴吐出ヘッドの３サイクル駆動動作を説明する図 ３サイクル駆動動作時の駆動信号の一例を示す図 インク流路の縦断面形状を示す図１（ａ）の（ｖ）−（ｖ）線に沿う断面図 共振周波数を説明する図 液滴吐出ヘッドの他の一例を一部破断して示す斜視図 記録装置の概略構成を示す図 従来の液滴吐出ヘッドのインク流路構造を示す断面図

本発明における液滴吐出ヘッドは、多数のインク流路と多数の隔壁とが交互に並設され、隣接するインク流路間の隔壁が、該隔壁表面に形成された電極に与えられる印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータによって構成される。このような液滴吐出ヘッドは、アクチュエータが分極されたＰＺＴ等の圧電材料からなり、これが印加電圧に応動してくの字状に変形動作するいわゆるシアモード型の液滴吐出ヘッドであり、この隔壁の変形動作によってインク流路内のインクに圧力を付与し、該インク流路と連通するノズルから液滴として吐出する。

本発明では、インクの一例として、シアモード型の液滴吐出ヘッドにおいてメニスカスが大きく突出して溢れ出しが問題となり易い６ｃｐ未満（吐出に供するインク温度における粘度）となる低粘度のインクを対象としており、この低粘度のインクが、吐出を行うインク流路内に供給されて満たされる。

尚、インクの粘度は通常は常温（２５℃）における粘度とするが、インクの粘度は温度依存性があることが知られており、場合によっては、インクの供給手段若しくは吐出ヘッドに加温装置を設けて、インクの温度を高めて粘度を下げて使用する場合もある。この場合は、インクの粘度は、吐出に供するインクを加温するその設定温度において測定される粘度である。

図５は、図１（ｂ）中の（ｖ）−（ｖ）線に沿う断面図であり、これは隔壁１７の表面と平行な深さ方向に沿い、且つ、隔壁１７の並設方向に沿って切断した際の縦断面形状を示している。同図を用いて本発明におけるインク流路１８の構造について説明すると、本発明におけるインク流路１８は、隔壁１７の表面と平行な深さ方向を縦ｈ、該深さ方向と直交する隔壁１７の並設方向を横ｗとしたとき、隔壁１７の並設方向の縦断面形状が矩形状に形成されると共に、該縦断面形状における縦横比（縦ｈ／横ｗ）が５．００以上７．７５未満である。

ここで、インク流路の横の長さ（ｗ）は、インクが充填される領域の横幅のことである。つまり、インク流路を形成した後に隔壁表面に電極を形成して使用可能状態とされる最終的な流路の横幅をいう。この横幅は、隔壁の表面と平行な深さ方向に沿い、且つ、隔壁の並設方向に沿ってインク流路を切断した際の縦断面形状を、顕微鏡等の観察装置を用いて観察することによって求めることができる。

一つのインク流路において縦の長さ（ｈ）と横の長さ（ｗ）の少なくともいずれかにばらつきがある場合は、インク流路の長さ方向の複数箇所で計測を行い、その平均をとることが好ましい。

インク流路の縦横比が上記範囲内であることにより、インク流路の断面積を小さくして液滴量を小さくすることなく粘性抵抗を大きくできる。これにより、インクの溢れ出しを抑制することができる。

この縦横比が５．００よりも下回ると、高速で振動する隔壁部分の領域が占める割合が小さくなり、たとえ同じ断面積であっても粘性抵抗が小さくなってしまい、インクの溢れ出しを抑制することが困難となる。また、７．７５以上となると、インク流路は縦に細長くなりすぎて軟らかい流路構造となってしまい、後述する隔壁の共振周波数を規定するだけでは一次共鳴を抑えることが困難となり、クロストークが大きくなってしまう。より好ましくは、６．００以上７．００以下とすることである。

一般に、インク流路は回転砥石等の研削刃によって、基板表面にインク流路となる所定深さの溝を平行に研削していくことによって形成される。従って、縦横比が上記範囲を満たすインク流路は、このような研削刃の厚み及び研削深さを適宜選択又は調整することによって形成することができる。

本発明における液滴吐出ヘッドは、図１に示したように、インク流路１８が、ノズル１３が配置されたノズル端と反対端側に、深さが徐々に浅くなる浅溝部１８ａを有し、インクがインク流路１８の長さ方向と交叉する方向（図１における上方）から供給される構造に限らず、図７に示すように、ノズル端から反対端にかけてストレート状に形成されたインク流路１８とし、該反対端からインク流路１８の長さ方向に沿って供給されるものであってもよい。図７において図１と同一符号の部位は同一構成の部位である。

なお、図１に示すようにインク流路１８に浅溝部１８ａを有する液滴吐出ヘッドの場合、インク流路１８の縦横比は、図１（ｂ）に示す深さが一定の有効駆動長さ（Ｌ長）の部位である。

このインク流路は、両隣りの隔壁間の流路の横幅（ｗ）が、４０μｍ以上６０μｍ以下とすることが好ましい。この範囲とすることにより、６ｃｐ以下の低粘度インクでも十分な粘性抵抗を得ることができ安定に吐出することができる効果がある。４０μｍを下回ると、粘性抵抗が高すぎて液量が不足する場合があり、また、６０μｍを超えると、粘性抵抗が不十分になり６ｃｐのインクを安定に吐出できない場合がある。

本発明における隔壁は、共振周波数が１．５ＭＨｚ以上である。隔壁の共振周波数がこの値以上であることにより、隔壁はいわゆる硬さを持つものであることにより、一次共鳴を効果的に抑え、クロストークを軽減することができる。１．５ＭＨｚ未満であると、隔壁の一次共鳴を抑制することが困難となり、クロストークを軽減することが難しくなる。

ここで、隔壁の共振周波数とは、隔壁表面の電極に可変周波数電圧を印加して該隔壁を変形動作させ、そのときにインピーダンスアナライザーやネットワークアナライザー、あるいはインピーダンス／ＬＣＲメーター等の測定機器によって測定される隔壁の一次の共振周波数（一次共振）である（図６）。測定は液滴吐出ヘッドの全ての隔壁について行い、その測定結果の平均値として算出される。

隔壁の共振周波数は、隔壁の形状や用いる圧電材料の材質の特性によって調整することができる。例えば、隔壁部分の圧電材料の縦横の比を大きく（例えば隔壁の高さを高く）すると、隔壁の剛性が小さくなるために共振周波数は低くなる。また、逆に隔壁部分の圧電材料の縦横の比を小さくする（例えば隔壁の厚みを大きくする）と隔壁の剛性が大きくなるために共振周波数は高くなる。従って、隔壁の共振周波数が上記値以上を満たすべく隔壁を形成するには隔壁部分の圧電材料の縦横の比を小さく（例えば隔壁の厚みを大きくする）することで、調整できる。また、用いる圧電素子について、ヤング率が高い、またはコンプライアンスが小さいものを用いることで剛性を上げて共振周波数を高くすることができる。

また、隔壁の側面に設ける電極をメッキで設ける際には、そのメッキの厚みを厚くすることでも隔壁の剛性が上がり、共振周波数を高くすることができ、適宜本発明の範囲にこれらを組み合わせることで調整することができる。

本発明において、インク流路内に臨む隔壁の電極表面には、電極がインクと直に接触することを避けるための有機体からなる絶縁性の保護膜を更に被覆形成することができる。このような絶縁性の保護膜としては、化学蒸着法等のように気相からの蒸着により形成される膜であることが好ましく、特にポリパラキシリレン又はその誘導体からなる膜が好適である。

本発明におけるインク流路の横の長さ（ｗ）は、電極表面にこのような絶縁性の保護膜を被覆形成した場合、この保護膜を形成した後の最終的な流路の横幅となる。

本発明における液滴吐出ヘッドは、図１、図７に示すようにノズル１３がインク流路１８の長さ方向の端部に配置されるものに限らず、インク流路１８の中途部に対応する上部基板１４の部分に開口するものであってもよい。

本発明において６ｃｐ未満となる低粘度のインクとは、シアモード型の液滴吐出ヘッドのノズルから吐出可能な液状体を総称していい、例えば画像形成用のインクの他、液晶パネルのカラーフィルターや半導体装置等の製造装置といった各種産業用途に使用される機能性液体が挙げられる。

次に、本発明に係る記録装置の一例を図８に示す。

図８は、被記録材上に画像を形成する記録装置の概略構成を示す図であり、記録装置２００において、被記録材Ｐは、搬送ローラ対２０１に挟持され、更に、搬送モータ２０２によって回転駆動される搬送ローラ２０３により図示Ｙ方向に搬送されるようになっている。

液滴吐出ヘッド１は、搬送ローラ２０３と搬送ローラ対２０１の間に被記録材Ｐの記録面ＰＳと対向するように設けられる。液滴吐出ヘッド１は、被記録材Ｐの幅方向に亘って掛け渡されたガイドレール２０４に沿って、不図示の駆動手段によって、上記被記録材Ｐの搬送方向（副走査方向）と略直交する図示Ｘ−Ｘ’方向（主走査方向）に沿って往復移動可能に設けられたキャリッジ２０５に、ノズル側が被記録材Ｐの記録面ＰＳと対向するように配置されて搭載されており、フレキシブルケーブル２０６を介して駆動信号発生部１００（図２参照）に電気的に接続されている。

液滴吐出ヘッド１は、キャリッジ２０５の主走査方向の移動に伴って被記録材Ｐの記録面ＰＳを図示Ｘ−Ｘ’方向に走査移動し、この走査移動の過程でノズルから液滴を吐出することによって所望のインクジェット画像を形成する。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。

（実施例１〜５、比較例１〜１１）
それぞれ分極処理された２枚のＰＺＴ（住友金属エレクトロデバイス社製Ｈ８Ｈ）からなる圧電材料基板と下部基板とを、各圧電材料基板の分極方向を異ならせて接着剤によって接合した後、その圧電材料基板の表面から回転砥石を用いて接合面を横切る深さで、基板の一端から他端に亘って一定深さとなる複数の溝状のインク流路とその間の隔壁とが交互になるように平行に形成すると共に、各隔壁の側面に電極及びパリレン保護膜を形成した後、各インク流路の上面を上部基板で被覆して、図５に示すように各インク流路がストレート状となる複数の液滴吐出ヘッドを形成した。

各液滴吐出ヘッドはいずれも１８０ｄｐｉ、インク流路の長さはいずれも５ｍｍとして同一とした。

また、各液滴吐出ヘッドは、回転砥石の厚みと研削深さをそれぞれ異ならせることにより、インク流路の縦横比を表１に示すように異ならせると共に、隔壁について、厚みを表１に示すように変化させることにより、隔壁の共振周波数を表１に示すように異ならせた。

共振周波数の測定は、各電極に可変周波数電圧を印加して隔壁を駆動させ、インピターダンスアナライザー（東陽テクニカ社製 ＦＲＡ１２６０）を用いて一次共振の共振周波数を測定し、全ての隔壁の平均値を算出することによって行った。

なお、圧電材料の特性は、密度が８．０２ｇ／ｃｍ^３、ヤング率は１０９．９ＧＰａであった。

（評価）
各液滴吐出ヘッドについて、吐出安定性、インクの溢れ出しの有無、クロストークの割合についてそれぞれ評価した。

吐出安定性
インク粘度５．７ｃｐの水系インク（表面張力：４１ｄｙｎ／ｃｍ）を使用し、７．２ｋＨｚで図３に示す３サイクル駆動を行うことによって各インク流路からインクを吐出し、吐出中に時々吐出を中断して吐出液滴量を精密天秤を用いて計測し、１滴当たりの平均吐出液滴量を求め、液滴速度を変化させた時の時の液滴量の変動を以下の基準によって評価した。その結果を表１に示す。
○：吐出速度が６〜１０ｍ／ｓｅｃ以上でも吐出時の液量変動が１０％以内。
△：吐出速度が〜８ｍ／ｓｅｃまで吐出時の液量変動が１０％以内であり、８ｍ／ｓｅｃを超えると液量変動が１０％を超えてしまう。
×：吐出速度が〜８ｍ／ｓｅｃ以内で吐出時の液量変動が１０％を超えてしまう。

インクの溢れ出しの有無
全ノズルのうちの１／２以上となる１２８個のノズルから１０分間連続吐出させ、インク溢れ出しによるノズル欠が発生するか否かを観察し、以下の基準によって評価した。ノズル欠は１ノズルでも発生した場合は×とした。その結果を表１に示す。
○：溢れ出しは全く発生しなかった
×：溢れ出しが発生することによってノズル欠が発生した

クロストークの割合
吐出速度６ｍ／ｓｅｃで１つのインク流路から吐出を行い、その両隣もしくは近隣のインク流路を順に合計６０本のインク流路について同時に駆動し、液滴の吐出速度の差分を計測し、以下の基準によって評価した。その結果を表１に示す。
○：速度差が１５％未満
△：速度差が１５％以上２０％未満
×：速度差が２０％以上（実用に耐えない）

（実施例６、７、比較例１２〜１４）
各液滴吐出ヘッドはいずれも３００ｄｐｉ、インク流路の長さはいずれも２ｍｍとして同一とした以外、表２に示すように、インク流路の縦横比及び隔壁の共振周波数を異ならせ、上記と同様にして、各液滴吐出ヘッドについて、吐出安定性、インクの溢れ出しの有無、クロストークの割合についてそれぞれ評価した。その結果を表２に示す。

表１、２に示すように、実施例１〜７では、吐出安定性、インクの溢れ出し、クロストークの割合の３項目について、いずれも満足すべき結果が得られるのに対し、比較例１〜１４では、少なくともいずれかの項目を満足できず、本発明の効果は得られていない。

特に、比較例９、１２では、インク流路へのインクのリフィル不足が発生し、実用に耐えなかった。

また、インク流路の断面積が、例えば実施例２では２８５×５０＝１４２５０μｍ、比較例１では２００×７０＝１４０００μｍとなり、ほぼ同じ断面積となるが、実施例２では３項目について良好であるのに対し、比較例１では吐出安定性、インクの溢れ出し共に悪い結果となり、粘性抵抗における形状効果が現われていることがわかる。

また、比較例１０、１１から、共振周波数は１．５ＭＨｚ以上が必要であることがわかり、比較例７、１２から、縦横比は５．００以上が必要であることがわかる。

１：液滴吐出ヘッド
１１：インクチューブ
１２：ノズル形成部材
１３：ノズル
１４：上部基板
１５：インク供給口
１６：下部基板
１７：隔壁
１７ａ：上壁部
１７ｂ：下壁部
１８：インク流路
１９Ａ〜１９Ｃ：電極
１００：駆動信号発生部
２００：記録装置
２０１：搬送ローラ対
２０２：搬送モータ
２０３：搬送ローラ
２０４：ガイドレール
２０５：キャリッジ
２０６：フレキシブルケーブル
Ｐ：被記録材
ＰＳ：記録面

Claims (7)

1. インクが供給される多数のインク流路と多数の隔壁とが交互に並設され、隣接する前記インク流路間の前記隔壁が、該隔壁表面に形成された電極に与えられる印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータによって構成され、前記隔壁の変形動作によって前記インク流路内の前記インクを該インク流路と連通するノズルから吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記インク流路は、前記隔壁の並設方向の断面形状が矩形状に形成されると共に、前記隔壁表面と平行な深さ方向を縦、該深さ方向と直交する前記隔壁の並設方向を横としたとき、該矩形状に形成されたインク流路の断面形状における縦横比（縦／横）が５．００以上７．７５未満であり、
   前記隔壁の共振周波数が１．５ＭＨｚ以上であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記インク流路の縦横比が６．００以上７．００以下であることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記インク流路は、両隣りの前記隔壁間の横幅が４０μｍ以上６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記インク流路内に臨む前記隔壁の前記電極表面に、有機体からなる絶縁性の保護膜が被覆形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記保護膜は、ポリパラキシリレン又はその誘導体からなる膜であることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記インクの粘度が６ｃｐ未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備え、前記ノズルから吐出されるインクを被記録材に着弾させることによって記録を行うことを特徴とする記録装置。

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